Kavitácia v prostredí je hlavným dôvodom deštruktívneho účinku ultrazvuku na mikroorganizmy. Ak sa tvorba bublín potlačila zvýšením vonkajšieho tlaku, potom sa deštruktívny účinok na protozoá znížil. Takmer okamžité prasknutie predmetov v ultrazvukovom poli bolo spôsobené vzduchovými bublinami alebo oxidom uhličitým v rastlinných bunkách zachytených vo vnútri týchto organizmov.
To ukazuje, že veľké tlakové rozdiely vznikajúce počas kavitácie vedú k prasknutiu bunkových membrán a celých malých organizmov. Účinok ultrazvuku na rôzne druhy húb bol študovaný mnohokrát. Ultrazvuk sa teda úspešne používa vo fytopatológii. Na semenách cukrovej repy prirodzene infikovaných Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. alebo Fusarium sp. bolo možné tieto huby a baktérie zničiť krátkodobo ožiarením ultrazvukom vo vode oveľa lepšie, ako bolo možné pri leptaní. Ožiarenie semien ultrazvukom počas leptania významne zvyšuje účinok fungicídnej alebo baktericídnej látky. Príčinou je, že zvukové vibrácie zvyšujú rýchlosť difúzie vody a látok v nej rozpustených cez membrány rastlinných buniek,ktorý dosahuje rýchlejší účinok na huby a baktérie.
Ultrazvuk má tiež negatívny vplyv na jednotlivé bunky vyšších organizmov. Pri ožarovaní červených krviniek (erytrocyty) sa pozorovalo toto: stratili svoj pôvodný tvar a natiahli sa; v tomto prípade došlo k ich sfarbeniu (v dôsledku hemolýzy). S ďalším ožarovaním nakoniec praskli a rozpadli sa na veľa malých malých gúľ.
Už v roku 1928 sa zistilo, že svetelné baktérie sa ničia ultrazvukom. V nasledujúcich rokoch bolo publikovaných veľké množstvo prác o vplyve ultrazvukových vĺn na baktérie a vírusy. Zároveň sa ukázalo, že výsledky môžu byť veľmi rôznorodé: na jednej strane sa zvýšila aglutinácia, strata virulencie alebo úplná smrť baktérií, na druhej strane sa zaznamenal aj opačný účinok - zvýšenie počtu životaschopných jednotlivcov. Posledne menované sa vyskytuje obzvlášť často po krátkodobom ožarovaní a dá sa vysvetliť skutočnosťou, že počas krátkodobého ožarovania je predovšetkým potrebné mechanické oddelenie akumulácií bakteriálnych buniek, vďaka čomu každá jednotlivá bunka vedie k novej kolónii.
Zistilo sa, že tyfusové tyčinky sa úplne usmrcujú ultrazvukom s frekvenciou 4,6 MHz, zatiaľ čo stafylokoky a streptokoky sú poškodené iba čiastočne. Keď baktérie odumrú, dôjde k ich rozpusteniu súčasne, t. J. K deštrukcii morfologických štruktúr, takže po pôsobení ultrazvuku sa nielen znižuje počet kolónií v danej kultúre, ale počítanie počtu jedincov odhaľuje pokles morfologicky konzervovaných foriem baktérií. Pri ožarovaní ultrazvukom pri frekvencii 960 kHz sa baktérie s veľkosťou 20–75 μm ničia oveľa rýchlejšie a kompletnejšie ako baktérie s veľkosťou 8–12 μm [23].
Na moskovskom Ústrednom vedeckom výskumnom ústave pre traumatológiu a ortopédiu pomenovanom po V. I. NN Priorov uskutočnil výskum [24] o vplyve nízkofrekvenčnej ultrazvukovej kavitácie na životnú aktivitu rôznych kmeňov stafylokokov. V pokusoch in vitro sa získali nasledujúce výsledky. Sonifikácia sa uskutočňovala pri teplote 32 ° C pomocou ultrazvukového dezintegrátora od MSE (Veľká Británia) s nasledujúcimi technickými parametrami: výkon 150 W, vibračná frekvencia 20 kHz, amplitúda 55 μm. Expozičný čas bol 1, 2, 5 "7, 10 minút. Pre každú expozíciu boli použité samostatné fľaštičky s 5 ml suspenzie mikroorganizmov obsahujúce 2 500 mikrobiálnych telies v 1 ml kvapaliny. Výsledky výskumu ukázali, žeže nie je oslabená ani schopnosť mikroorganizmov množiť sa pri ich vysiatí na tuhé živné médiá bezprostredne po pôsobení ultrazvuku, ale pri niektorých expozíciách ultrazvuku (1 až 3 minúty) sa dokonca mierne zvyšuje. Súčasne, keď bol sonafovaný stafylokok 5, 7 a 10 minút, zmeny v počte pestovaných kolónií na povrchu agaru v Petriho miskách boli zanedbateľné a takmer sa nelíšili od kontroly. Účinok ultrazvuku na mikroorganizmy sa môže objaviť nie okamžite, ale po určitom čase, nevyhnutnom pre vývoj metabolických porúch v bunkách, sa preto skúmanie očkovania stafylokokom na pevnom živnom médiu 24, 36 a 48 hodín po ošetrení ultrazvukom. Pred nanesením na Petriho misky sa sonikované kmene stafylokokov kultivovali v skúmavkách s bujónom v termostatu pri 37 ° C. Našlo sa,že v priebehu 24 a 36 hodín po ošetrení ultrazvukom počet rastúcich kolónií stafylokokov v porovnaní s kontrolou klesá, je miera očkovania stafylokokov nepriamo úmerná času ozvučenia mikroorganizmov. Po 7 až 10 minútach pôsobenia ultrazvuku naočkovanie neviedlo k žiadnemu rastu alebo na Petriho miskách rástli jednotlivé kolónie, ktoré nie sú typické pre stafylokoky. Po 48 hodinách bol inhibičný účinok ultrazvuku výraznejší a prejavil sa ďalším poklesom očkovania mikroorganizmov pri všetkých expozíciách. Po 7 až 10 minútach pôsobenia ultrazvuku naočkovanie neviedlo k žiadnemu rastu alebo na Petriho miskách rástli jednotlivé kolónie, ktoré nie sú typické pre stafylokoky. Po 48 hodinách bol inhibičný účinok ultrazvuku výraznejší a prejavil sa ďalším poklesom očkovania mikroorganizmov pri všetkých expozíciách. Po 7 až 10 minútach pôsobenia ultrazvuku naočkovanie neviedlo k žiadnemu rastu alebo na Petriho miskách rástli jednotlivé kolónie, ktoré nie sú typické pre stafylokoky. Po 48 hodinách bol inhibičný účinok ultrazvuku výraznejší a prejavil sa ďalším poklesom očkovania mikroorganizmov pri všetkých expozíciách.
Štúdia citlivosti ozvaných mikroorganizmov na pôsobenie určitých antibiotík a antiseptík ukázala, že v 8 z 13 použitých liekov sa minimálna inhibičná koncentrácia po ultrazvukovej liečbe stafylokokom znížila 2-4 krát. To naznačuje vhodnosť kombinovaného použitia nízkofrekvenčných ultrazvukových vibrácií a antibakteriálnych roztokov na účinnejší dopad na mikrobiálne bunky [7, 10].
Deštrukčný efekt ultrazvukových vĺn závisí od koncentrácie bakteriálnej suspenzie. Pri príliš silnej a teda veľmi viskóznej suspenzii nie je pozorovaná žiadna deštrukcia baktérií, ale je možné pozorovať iba zahrievanie. Rôzne kmene toho istého druhu baktérií môžu mať úplne odlišné postoje k ožarovaniu ultrazvukom [11].
Propagačné video:
Môžeme teda konštatovať, že účinok ultrazvuku na biomateriál všeobecne a najmä na mikroorganizmy závisí od mnohých faktorov životného prostredia a od stavu živej hmoty, a v skutočnosti je dosť ťažké predvídať.
Na oddelení SSTU sa uskutočnili experimenty na ultrazvukové čistenie titánových intraosázových dentálnych implantátov v rôznych pracovných roztokoch.
Čistenie výrobkov je efektívnejšie, čím bližšie sú k emisnému povrchu žiariča. Pri vzdialenosti od žiariča sa intenzita ultrazvukových vibrácií mení pozdĺž idealizovanej krivky. Najlepší výsledok sa získal pri intenzite 16 W / cm2 v vodovodnej a priemyselnej vode pri 50 ± 5 ° C s koncentráciou sulfanolu 0,25% pri dobe pôsobenia ultrazvuku 5 až 10 minút (obr. 2.1). Sonikované produkty boli vo vzdialenosti nie viac ako 10 mm od žiariaceho povrchu.
Obrázok: 2.1. Graf závislosti kontaminácie produktov od času ozvučenia pri intenzite vibrácií 16 W / cm2
Podľa experimentov teda zvýšenie intenzity z 0,4 na 16 W / cm2 poskytuje zlepšenie kvality čistenia (obr. 2.2), ale 100% sterilizácia produktov sa nedosiahne v žiadnom režime.
Obrázok: 2.2. Graf závislosti sterilizačného účinku ultrazvuku na intenzite ultrazvuku.